摘要：我國目前正處于頁巖氣勘探與開發(fā)的早期，建立一套統(tǒng)一可行的頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法，全面、客觀地評(píng)價(jià)頁巖氣資源潛力并研究其分布特征顯得尤為迫切。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國外一些主要頁巖氣盆地在三維空間上都具有“三明治”式的分布特征，含氣頁巖層段被致密的膏泥巖、膏鹽層、石灰?guī)r等夾層隔開?；谏鲜稣J(rèn)識(shí)，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有頁巖氣研究成果，提出了以含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))作為頁巖氣評(píng)價(jià)單元，以致密低滲透巖層作為含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))的頂、底板，據(jù)此來劃分頁巖氣縱向評(píng)價(jià)單元的方法；進(jìn)而系統(tǒng)總結(jié)了頂、底板的識(shí)別標(biāo)志和劃分原則，以增強(qiáng)可操作性。所建立的頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，結(jié)果表明：該方法實(shí)現(xiàn)了與工程技術(shù)的有效結(jié)合，不但可以明確頁巖氣勘探開發(fā)的目的層段，而且還能夠獲得相對(duì)客觀、可靠的頁巖氣資源量，為勘探開發(fā)部署和決策提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：頁巖氣  資源評(píng)價(jià)  縱向評(píng)價(jià)單元  含氣泥頁巖層段  頂?shù)装?span lang="EN-US">  可操作性  資源量

我國目前正處于頁巖氣勘探與開發(fā)的早期^[1-3]，因此，建立一套統(tǒng)一可行的頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法，全面、客觀地評(píng)價(jià)頁巖氣資源潛力并研究其分布特征顯得尤為迫切。通過文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)頁巖氣縱向單元資源評(píng)價(jià)方法主要有2種：一種是對(duì)層段內(nèi)所有泥巖進(jìn)行厚度累加，從而計(jì)算出頁巖氣的地質(zhì)資源量，這種方法計(jì)算的資源量往往偏大；另一種是對(duì)連續(xù)厚度大于30 m的泥頁巖進(jìn)行厚度統(tǒng)計(jì)，從而得到泥頁巖平面的有效厚度，進(jìn)而計(jì)算出頁巖氣的資源量，這種方法計(jì)算的結(jié)果比較適中，但可能對(duì)開發(fā)缺乏指導(dǎo)意義。對(duì)比前人的成果并結(jié)合實(shí)際研究情況，筆者提出了以含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))作為頁巖氣資源評(píng)價(jià)單元，以致密低滲透巖層作為含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))的頂、底板，據(jù)此來劃分縱向評(píng)價(jià)單元的方法。實(shí)例驗(yàn)證結(jié)果表明，該方法可操作性強(qiáng)，既可以與工程技術(shù)有效結(jié)合，也可以明確頁巖氣勘探開發(fā)的目的層段，而且能夠獲得相對(duì)客觀、可靠的頁巖氣資源量。

1 國外研究成果及其啟示

基于技術(shù)和成本方面的考慮，國外對(duì)頂、底板的研究歷來比較重視^[4-5]。北美一些主要的頁巖氣盆地大都具有“三明治”式的展布特征。以美國福特沃斯盆地著名的Barnett頁巖為例，上Barnett頁巖以Marble Falls石灰?guī)r為頂板，Forestburg石灰?guī)r作為底板，圖1顯示，頂?shù)装逄帨y井響應(yīng)特征為低自然伽馬值、高電阻率；而上Barnett頁巖段則顯示為高伽馬值、低電阻率的特征，可以明顯區(qū)分。下Barnett頁巖則是以Forestburg石灰?guī)r和Viola石灰?guī)r分別作為頂、底板，相應(yīng)的頁巖氣藏也位于頂、底板之間的含氣泥頁巖層段內(nèi)，封閉性較好。頂、底板封閉的含氣泥頁巖段為主力產(chǎn)氣層^[6]。

具有代表性的還有Marcellus頁巖，上覆為中泥盆統(tǒng)Tully石灰?guī)r，下伏為下泥盆統(tǒng)Onondaga石灰?guī)r，Marcellus頁巖進(jìn)一步被Cherry Valley和Purcell石灰?guī)r分為上、下兩段。具有類似特征的還有位于東得克薩斯州和西路易斯安州的上侏羅統(tǒng)Haynesville頁巖等。在三維空間內(nèi)，頂、底板并非只是頁巖層段內(nèi)的夾層，一定厚度和面積的頂、底板分布可以對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行有效的保存和分割。

筆者通過文獻(xiàn)調(diào)研^[5]，對(duì)全球主要盆地含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))頂、底板的地質(zhì)特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示(表1)，世界范圍內(nèi)主要盆地頁巖地層頂、底板巖性以致密的泥頁巖、膏泥巖、膏鹽層、石灰?guī)r、白云巖、火山巖、煤層等為主，屬于非滲透或低滲透巖層。其埋深范圍從l 000 m到4 000 m均有分布，其中南美洲頁巖埋藏較深，為3 800～4 100 m；北非、澳洲和東亞居其次，為2 700～3 000 m；淺層二芒要分布在南亞和西歐，為1 000～1 500 m。泥頁巖系統(tǒng)厚度一般不超過150 m，最小為l5.24 m，最大達(dá)112.12 m。

2 含氣泥頁巖層段劃分方法

2.1 含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))

含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))是指在鉆井剖面中，由上、下致密層封擋下的同一壓力系統(tǒng)內(nèi)的巖性組合，主要由富有機(jī)碳的泥頁巖及呈夾層狀的粉砂巖、砂巖、碳酸鹽巖組成，或與之可對(duì)應(yīng)的地震剖面及野外地質(zhì)剖面在地層中同一壓力系統(tǒng)內(nèi)的巖性組合(圖2)。含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))主要依據(jù)測井響應(yīng)特征、巖性組合特征、有機(jī)碳含量、氣測顯示等資料米進(jìn)行劃分，以富有機(jī)碳的泥頁巖作為含氣頁巖層段頂、底的界限，層段內(nèi)不含明顯的水層，連續(xù)厚度一般不超過100 m(水平井+分段壓裂工藝決定)。

2.2 頂、底板識(shí)別標(biāo)志及含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))劃分原則

2.2.1 頂、底板識(shí)別標(biāo)志

1)巖性以致密的泥頁巖、膏泥巖、膏鹽層、石灰?guī)r、煤等為主，一般為不滲透或低滲透巖層。

2)頂、底板厚度不應(yīng)太小，國外學(xué)者通過計(jì)算認(rèn)為，厚10 m左右的連續(xù)隔層即可有效封堵深度為1 200～1 300 m的頁巖氣。

3)頂、底板的深度范圍分布較廣(表1)，一般情況下，深度增大，壓實(shí)程度變高，對(duì)泥巖的封閉性也會(huì)增強(qiáng)。

4)頂、底板具有區(qū)域性和局部性，一般沿著一定的地層分布，不穿時(shí)；在三維空間上，平面分布連續(xù)、厚度穩(wěn)定的頂、底板對(duì)頁巖氣的封閉效果好。

2.2.2 含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))劃分原則

1)以富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖為主的含氣層段，內(nèi)部可以有砂巖類、碳酸鹽巖類夾層，有機(jī)碳含量達(dá)到起算標(biāo)準(zhǔn)(TOC＞0.5%、R₀＞0.5%)的泥頁巖累計(jì)厚度一般大于20 m，并占含氣泥頁巖層段厚度的50%以上。

2)頂、底板為致密巖層，內(nèi)部無明顯水層。

3)氣測曲線上有明顯的異常。

4)伽馬、電阻率、聲波時(shí)差、密度等測井曲線顯示含氣特征^[7-8]。

5)具有一定的壓力異常^[9]，在同一個(gè)壓力系統(tǒng)內(nèi)。若鉆井資料不完備，也可考慮露頭資料，以富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育段為目標(biāo)層進(jìn)行評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐帧８鶕?jù)此原則，縱向上可劃分為多個(gè)評(píng)價(jià)單元，按層段分別評(píng)價(jià)，具有較強(qiáng)的針對(duì)性。

3 實(shí)例分析

根據(jù)以上方法和原則，筆者對(duì)中國南方某研究區(qū)塊下侏羅統(tǒng)大安寨段進(jìn)行了資源量計(jì)算，首先確定以礦權(quán)區(qū)塊作為平面上的基本評(píng)價(jià)單元，利用測井資料、含氣性資料及TOC等確定含氣泥頁巖層段的厚度，根據(jù)上述原則和方法確定頂、底板。

實(shí)例井的含氣泥頁巖層段從3 740 m到3 802 m(圖3)。分別統(tǒng)計(jì)砂巖、石灰?guī)r及泥巖的厚度(表2)，按照TOC的3類標(biāo)準(zhǔn)(TOC為0.5%～l.0%、TOC為1.0%～2.0%、TOC大于2.0%)分別統(tǒng)計(jì)每口井含氣泥頁巖層段泥巖的厚度。

通過統(tǒng)計(jì)出的每口井含氣頁巖層段的厚度，可以繪制出含氣頁巖層段厚度等值線圖，同時(shí)結(jié)合地震資料追蹤有效層段，控制平面上等值線的走勢。根據(jù)研究區(qū)塊大安寨段巖石物性分析測試數(shù)據(jù)，大安寨段頁巖密度平均為2.61 g／cm³。根據(jù)實(shí)例井大安寨段實(shí)測TOC資料及現(xiàn)有的測井資料進(jìn)行了多元統(tǒng)計(jì)分析擬合，計(jì)算出吸附氣量，繪制TOC等值線圖及吸附氣量等值線圖，計(jì)算出吸附氣資源量；根據(jù)實(shí)測孔隙度資料、現(xiàn)有的測井?dāng)?shù)據(jù)分別分析擬合、計(jì)算孔隙度，進(jìn)而計(jì)算含水(氣)飽和度和游離氣百分含量，最終得到游離氣資源量；最后計(jì)算m該研究區(qū)不同概率的總資源量(表3)。

4 結(jié)論

1)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國外一些主要頁巖氣盆地在三維空間上具有“三明治”式的分布特征，主力產(chǎn)氣層被致密低滲透的膏泥巖、膏鹽層、石灰?guī)r等隔開。這些致密巖層對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層具有保護(hù)作用。

2)提出了以含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))作為頁巖氣資源評(píng)價(jià)單元，以致密低滲透巖層作為含氣泥頁巖層段(系統(tǒng))的頂、底板，據(jù)此來劃分縱向評(píng)價(jià)單元的方法，并總結(jié)了頂、底板的劃分原則和識(shí)別標(biāo)志。

3)實(shí)例驗(yàn)證結(jié)果證明，該方法具有較強(qiáng)的可操作性，既可以與工程技術(shù)有效結(jié)合，也可以明確頁巖氣勘探開發(fā)的目的層段，而且還能夠獲得相對(duì)客觀、可靠的頁巖氣資源量。

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本文作者：楊光慶 侯讀杰 包書景 馬寧

作者單位：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院  海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室  中國石化石油勘探開發(fā)研究院